LVS集群体系结构研究

LVS集群采用IP负载均衡技术和基于内容请求分发技术。调度器具有很好的吞吐率，将请求均衡地转移到不同的服务器上执行，且调度器自动屏蔽掉服务器的故障，从而将一组服务器构成一个高性能的、高可用的虚拟服务器。整个服务器集群的结构对客户是透明的，而且无须修改客户端和服务器端的程序。

为此，在设计时需要考虑系统的透明性、可伸缩性、高可用性和易管理性。一般来说，LVS集群采用三层结构。三层主要组成部分如下。

负载调度器（workload balancer）：是整个集群对外面的前端机，负责将客户的请求发送到一组服务器上执行。它也是集群系统的唯一入口。从客户端的角度看，集群系统通过这层的服务体现为一个基于IP地址的单一系统映像——SSI（Single System Image），整个集群共用这个虚拟地址——VIP，通过它，客户端可以把整个集群看作一个独立的具有合法IP地址的主机系统，客户端的所有访问都发往这个虚拟IP地址。

服务器池（serverpool）：是一组真正执行客户请求的服务器，客户端发出的服务请求经过均衡器分析处理以后，转交到服务器集群，由具体的服务器响应请求并返回数据。通常在服务器集群上提供Web、Ftp、Telnet、数据库或者视频点播等服务。由于单一系统无法应付高峰值的数据访问，所以通过多台服务器分担这些负载就比较经济可行。

共享存储（sharedstorage）：为服务器池提供一个共享的存储区，为整个集群内部运行提供稳定、一致的文件存取服务。这一层作为LVS集群的扩展，可以为集群节点池提供单一的文件系统入口，即在每一台服务节点上都共用同一个根（/）；并且自动完成不同节点访问文件系统所引发的文件锁定、负载均衡、容错、内容一致、读写事务等底层功能，对应用层提供一个透明的文件访问层。

调度器是服务器集群系统的唯一入口点（Single Entry Point），它可以采用IP负载均衡技术、基于内容请求分发技术，或两者相结合。在IP负载均衡技术中，需要服务器池拥有相同的内容提供相同的服务。当客户请求到达时，调度器只根据服务器负载情况和设定的调度算法从服务器池中选出一个服务器，将该请求转发到选出的服务器上，并记录这个调度；当这个请求的其他报文到达，也会被转发到前面选出的服务器。在基于内容请求分发技术中，服务器可以提供不同的服务，当客户请求到达时，调度器可根据请求的内容选择服务器执行请求。因为所有的操作都是在Linux操作系统核心空间完成的，它的调度开销很小，所以它具有很高的吞吐率。(www.xing528.com)

服务器池的节点数目是可变的。当整个系统收到的负载超过目前所有节点的处理能力时，可以在服务器池中增加服务器来满足不断增长的负载。对大多数网络服务来说，请求间不存在很强的相关性。请求可以在不同的节点上并行执行，所以整个系统的性能基本上可以随着服务器池的节点数目增加而近似线性增长。

共享存储通常是数据库、网络文件系统或者分布式文件系统。服务器节点需要动态更新的数据一般存储在数据库系统中，同时数据库会保证并发访问时数据的一致性。静态的数据可以存储在网络文件系统（如NFS/CIFS）中，但网络文件系统的伸缩能力有限。一般来说，NFS/CIFS服务器只能支持3~6个繁忙的服务器节点。对于规模较大的集群系统，可以考虑用分布式文件系统，如AFS、GFS、Coda和Intermezzo等。分布式文件系统可为各服务器提供共享的存储区，它们访问分布式文件系统就像访问本地文件系统一样，同时分布式文件系统可提供良好的伸缩性和可用性。此外，当不同服务器上的应用程序同时读写访问分布式文件系统上同一资源时，应用程序的访问冲突需要消解才能使资源处于一致状态。这需要一个分布式锁管理器（Distributed Lock Manager），它可能是分布式文件系统内部提供的，也可能是外部的。开发者在写应用程序时，可以使用分布式锁管理器来保证应用程序在不同节点上并发访问的一致性。

负载调度器、服务器池和共享存储系统通过高速网络相连接，如100Mbps交换网络、Myrinet和Gigabit网络等。使用高速的网络，主要是为了避免当系统规模扩大时互联网络成为整个系统的瓶颈。

Graphic Monitor是为系统管理员提供整个集群系统的监视器，它可以监视系统的状态。Graphic Monitor是基于浏览器的，所以无论管理员在本地还是异地都可以监测系统的状况。为了安全，浏览器要通过HTTPS（Secure HTTP）协议和身份认证后，才能进行系统监测，并进行系统的配置和管理。